Черноземы Западной Сибири

Хорошая структурность черноземов определяет их высокую пористость в гумусовых горизонтах (50-60%), которая постепенно уменьшается с глубиной. Для черноземов характерно благоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной пористости. В составе общей порозности обыкновенного целинного чернозема преобладают микропоры размером менее 3мк и активные капиллярные поры (60-3мк). Для оподзоленных черноземов, сформированных на лессовидных суглинках, характерно повышенное  и почти равное содержание мелких и крупных пор и пониженное содержание средних пор (Чащина Н.И., 1976).

Водопроницаемость черноземов с поверхности в первый час сильно колеблется, в зависимости от исходной влажности почвы, уплотненности верхнего слоя и т.д. Во второй час она снижается, иногда очень сильно и заметно выравнивается. Водопроницаемость черноземов легкого гранулометрического состава довольно высокая особенно в первый час впитывания. Такая водопроницаемость обеспечивает быстрое проникновение влаги осадков и поливов в почву. Однако в несолонцеватых черноземах остается удовлетворительной и нигде не угрожает переувлажнением почвы при выпадении осадков (Чащина Н.И., 1976).

Максимальная гигроскопичность по профилю черноземов в зависимости от механического состава и гумусности колеблется от 1,5 до 12% к весу почвы. Наибольшие значения ее характерны для черноземов глинистого гранулометрического состава.

В слабовыщелоченных и обыкновенных типичных черноземах с равномерным распределением гранулометрических фракций и нечетко выраженным иллювиальным горизонтом, по предположению Н.И.Чашиной (1976) отмечают, что максимальная гигроскопичность изменяется по профилю незначительно. В черноземах с ясной дифференциацией профиля по гранулометрическому составу, вследствие иллювиирования или двучленности почвообразующей породы, максимальная гигроскопичность изменяется, в основном в соответствии с изменением содержания иловатой фракции.

Аналогично максимальной гигроскопичности изменяется по профилю и влажности завядания. Достаточно высокую влажность завядания, рассматриваемых черноземов, можно объяснить повышенной гидрофильностью их поглощаюшего комплекса, обусловленную реликтовой и современной солонцеватостью. Большое  влияние оказывает и своеобразный минералогический состав почв, в частности, преобладание монтмориллонитовых пакетов, сообщающих почвам повышенную гидроадсорбционную способность.

Наименьшая влагоемкость черноземов также определяется гранулометрическим составом, содержанием гумуса и сложением в верхнем гумусовом горизонте. Её величины достигают 30-45% (Панфилов В.П, 1976).

Запасы влаги при наименьшей влагоемкости в слое 0-100см черноземных почв достаточно велики 250-400мм из них продуктивной 57-59% в выщелоченных черноземах и 48% от НВ в обыкновенных. Следует отметить, что выщелоченные и оподзоленные суглинистые черноземы западносибирской лесостепной провинции по запасам влаги при наименьшей влагоемкости превосходят аналогичные черноземы предалтайской провинции, однако по диапазону активной (продуктивной) влаги уступают им. Это связано с различиями в структуре и свойствах гранулометрического состава почвообразующих пород.

В общем, водно-физические свойства черноземов Западной Сибири благоприятны для возделывания сельскохозяйственных культур.

4.5. Агрохимическая характеристика

Благодаря относительно высокой порозности и удовлетворительным или хорошим гидротермическим условиям, повышенному содержанию гумуса и нейтральной или слабокислой реакции среды, гумусовые горизонты черноземов отличаются и сравнительно высокой общей биологической активностью. В западносибирских черноземах микробиологические процессы протекают во времени более изменчиво, чем в европейских черноземах, что обуславливается жесткими и более динамичными гидротермическими условиями Западной Сибири.

Живой фазе этих почв свойственны как частные микробиологические процессы – разрушения белков и клетчатки, азотофиксации, аммонии - и нитрификации, так и более общие процессы – минерализации и ресинтеза органических веществ. По составу микробных ценозов, устойчивости и особенностям функционирования микробных механизмов черноземов представляют собой наиболее эволюционно зрелые почвы Западной Сибири.

Также В.А. Хмелев (1989) отмечает, что высокая биологическая активность при повышенном содержании в черноземах органического вещества, относительно благоприятные гидротермические условия черноземов обуславливают и сравнительно высокие запасы основных элементов питания растений – азота, фосфора, калия. Но вместе с тем содержание доступных для растений элементов питания различаются во времени и пространстве, а также в зависимости от классификационного ранга. Это может быть следствием многих причин: высокой динамичности биохимических процессов, выноса из гумусовых горизонтов питательных веществ поверхностным стоком вод, нерегулярно-неравномерного внесения удобрений, эрозионного разрушения пахотного слоя. Так, в зависимости от степени эродированости в черноземах уменьшаются как запасы гумуса, валовых азота и фосфора, так и содержание легкодоступных растениям элементов (нитратной формы азота и подвижного фосфора) (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983).

Накопление органических веществ в почве в форме гумуса имеет огромное значение, так как гумус служит резервом питательных веществ. Основная масса почвенного азота сосредоточена в гумусе почв. Существует мнение, что чем уже отношение  C : N тем энергичнее идет в почве микробиологическая деятельность, способствующая минерализации органических веществ. Г.П. Гамзиков (1981) нашел, что величина C : N в черноземах Западной Сибири сужается в ряду: оподзоленные – выщелоченные – обыкновенные – южные. Выщелоченные черноземы в соответствии с более высоким общим содержанием азота и гумуса накапливают значительно больше легкогидролизуемого азота, но подвижность его высокая, что обусловливает образование периодически довольно значительных количеств минерального азота (Бурлакова Л.М., 1984).

Максимальное содержание минеральных соединений азота обычно в пахатном слое, за исключением необменного аммония, содержание которого часто с глубиной возрастает. Наиболее подвижная форма минерального азота – нитратная. Накопление этой формы определяется потенциальными запасами почвенного плодородия, т.е. у черноземов наблюдается высокое накопление нитратного азота. Наибольшей мобилизационной способностью обладают черноземы выщелоченные. Вынос азота растениями приводит к обеднению почв нитратам азота. Минимальное их количество обычно остается после культур сплошного сева – пшеница, ячменя, овса и других (Гамзиков Г.П., 1981).

Все черноземы Западной Сибири, подвергнувшиеся эрозионному разрушению, плохо обеспечены азотом. Даже на неэродированных черноземах, в которых относительно большие запасы валового азота, зерновые культуры испытывают азотное голодание.

Весной из-за медленного оттаивания черноземов микробиологические процессы (нитрификации и т.д.) ослаблены и интенсифицируются лишь во второй половине мая. В годы с холодной и влажной весной особенно неблагоприятен режим азотного питания, тогда микробиологические процессы в этих черноземах подавляются, а оставшиеся с осени запасы нитратов в пахотном слое весной из него вымываются (Хмелев В.А., 1989).

Нитратный азот, являясь промежуточным продуктом минерализации, обычно не накапливается в почве в большом количестве и поэтому не может служить заметным источником доступного для растений азота. Содержание обменного аммония в почвах сильно меняется и азот обменного аммония в основном потребляется растениями лишь после окисления до нитратов. Основную долю в составе минерального азота почв составляет фиксированный аммоний, его содержание динамично во времени, изменяется под влиянием удобрений. В черноземах обыкновенных и выщелоченных его содержание около 180 мг/кг. Азот необменного аммония в небольшом количестве может включаться в биологический круговорот и частично усваиваться растениями.

Надежный способ прогноза обеспеченности растений азотом в условиях Западной Сибири – определение запаса нитратного азота в почве. Содержание нитратного азота, найденного поздней осенью или весной до посева культур, служит достаточно надежным показателем обеспеченности растений доступным азотом и позволяет судить о потребности растений в азотном удобрении. Мобилизация подвижного азота, зависит от биологических особенностей культур. Наибольшая интенсивность накопления нитратного азота в течении вегетационного периода отмечена в почве под паром (Гамзиков Г.П., 1981).

Для улучшения пищевого режима черноземов важно знать обеспеченность растений доступными формами, как азота, так и фосфора и калия. В лессовых черноземах тенденция «фосфатного минимума» и «калиевого максимума». Меньшее содержание подвижных форм фосфора обнаруживается в черноземах подвергающихся эрозии (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983). Слабая доступность фосфора в черноземах объясняется тем, что основная часть фосфатов находится, как считает Л.М. Бурлакова (1984), в корнеобитаемой зоне, в форме труднорастворимых соединений с кальцием, железом и алюминием и частью в виде органических и органоминеральных форм, представленных нуклеиновыми кислотами, фитином, фосфатидами, сахарофосфатами.

Согласно исследованиям Н.И. Богданова (1976), высокое содержание органических фосфатов характерно и для черноземов пониженных равнин Западной Сибири. Вероятно, способность к закреплению фосфатов является общей фациальной особенностью Западно Сибирских черноземов. Возможно, что фосфаты связываются и миграционно-активным кальцием в виде Са(НСО3)2 в труднодоступную растениям форму Са3(НРО4)2. Количество трикальций-фосфатов увеличивается в карбонатно-аккумулятивном горизонте профиля черноземов. Кроме того, поглощение подвижных фосфатов происходит и глинными минералами (около 30-40% от общей минеральной массы), а также  органическими и органоминеральными коллоидами, этим объясняется  богатство гумусовых горизонтов черноземов органофосфатами. При высокой аэрации и повышенной способности микрофлоры к минерализации органических веществ корневая система получает фосфор из труднодоступных соединений.

Содержание подвижных фосфатов, так же как и доступных форм азота, динамично во времени (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983; Бурлакова Л.М., 1984). Меньшее содержание подвижного фосфора наблюдается к середине лета, когда культуры интенсивно потребляют данный элемент.

Содержание «более подвижных» фосфатов (определенных по методу Францесона), обязано мобилизации фосфорорганических соединений, зависящей от гидротермических условий периода вегетации (Бурлакова Л.М., 1984). Улучшение водонасыщенности черноземов (наиболее эффективно путем снегозадержания) будет способствовать мобилизации и почвенных фосфатов. Такие исследователи, как С.П. Кравков, А.Н. Лебедянцев, А.Т. Пономарева, отмечают связь нитратного азота с содержанием подвижного фосфора. То есть усиление нитрификации способствует мобилизации фосфатов почвы, так как происходит  биологическое поглощение растворимых фосфатов.

Содержание подвижного фосфора в черноземах находится в большой зависимости от гидротермических условий вегетационного периода. Его улучшение способствует мобилизации почвенных фосфатов. Значение условий мобилизации подвижных фосфатов в почве в условиях агроценоза позволяет регулировать этот процесс. Повышение потенциального плодородия почвы, стимулирование микробиологической активности, регулирование условий увлажнения и реакции среды – вот пути усиления мобилизации подвижных фосфатов в почве (Бурлакова Л.М., 1984).

Калий принимает значительное участие в минеральном питании растений. Все формы калия в почве, но в разной степени, участвуют в питании растений. Однако  обычно уровень доступного для растений калия определяют по уровню обменного. Основным источником калия в почвах являются калийсодержащие минералы. Установлено, наиболее доступен растениям калий биотита, затем нефелиновой породы, мусковита и наименее доступен калий полевых шпатов (Бурлакова Л.М., 1984).

Черноземы обычно отличаются высоким содержанием обменного калия, его количество различно в черноземах конкретных геоморфологических районов (Бурлакова Л.М., 1984). В лессовых породах лесостепи слюдистых минералов встречается несколько меньше, что, повидимому, обуславливает более низкое содержание калия в черноземах лесостепи. Поэтому прослеживается тенденция, что меньшим содержанием обменного калия характеризуются выщелоченные и оподзоленные черноземы Кузнецкой котловины, предгорий Салаира, предгорий и низкогорий Алтая. Это определяет в них высокий эффект калийных удобрений (Хмелев В.А., Танасиенко А.А., 1983; Бурлакова Л.М., 1984).

В течение вегетационного периода содержание обменного калия в черноземах динамично. К середине лета содержание обменного калия в выщелоченных черноземах Приобского плато, так же как и содержание минеральных форм азота и подвижного фосфора, уменьшается. Высокое содержание обменного калия в черноземах наблюдается при большом увлажнении. При высушивании почв концентрация калия возрастает, он поглощается межслоевым пространством кристаллической решетки глинных минералов, и необменно фиксируется гуминовыми кислотами.

Мобилизация подвижных питательных веществ в почве в условиях агроценоза осложняются не только в связи с потреблением растениями питательных веществ, но и за счет всего комплекса микроклиматических, микробиологических условий, реакции среды, которые создаются вблизи корней различных культур и под их покровом (Бурлакова Л.М., 1984). Пищевой режим черноземов определяется не столько генетическими особенностями их отдельных подтиповых вариантов, сколько природно-хозяйственными факторами и, прежде всего гидротермическим режимом, внесением удобрений, характером агротехники (Хмелев В.А., 1989).

5. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕРНОЗЕМОВ И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ИХ

5.1. Использование в богарном земледелии

Черноземные почвы очень давно используются для выращивания сельскохозяйственных культур. Почвы, обладающие до освоения одним и тем же естественным плодородием, имеют неодинаковое эффективное плодородие в зависимости от уровня культуры земледелия. Черноземы характеризуются высоким потенциальным плодородием. Но эффективное плодородие их зависит в значительной степени от того, насколько используются эти потенциальные возможности для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

В степной и лесостепной зонах Западной Сибири, наиболее освоенных под земледелие, основу пахотного фонда составляют черноземы – самые ценные пахотно-пригодные почвы региона. Общая площадь черноземов в пашне Кулундинской аллювиальной равнины – более 4 млн га, Приобского плато – 3 млн га, Иртыш-Ишимской неогеновой равнины – 2 млн га. Преобладающая часть черноземной пашни используется как наилучший почвенно-экологический фон для возделывания яровой пшеницы. Немалая часть ее (примерно 30–35 %) отводится под посевы кормовых культур. Однако продуктивность возделываемых культур, особенно кормовых, на черноземах низкая и не соответствует потенциальным возможностям этих почв.